基于机器视觉的生活垃圾智能分拣系统的设计与实现

发布时间：2020-05-06 06:53

【摘要】：在环保领域中,针对生活垃圾的有效处理和相关高价值废品的回收再利用,已逐步成为社会发展日益关注的焦点,其中针对垃圾的分类过程是生活垃圾处理的关键。在我国当前国情条件下,垃圾处理厂中垃圾分类处理多采用人工流水线分拣的方式进行,该方式存在环境恶劣、劳动强度大、分拣效率低和自动化程度弱的弊端,远不能满足我国环保资源回收利用的发展和社会进步需要。随着我国工业自动化水平的不断提升,自动化生产模式已多行业得到了良好的应用,但在环保行业中受到起步晚、投入少、分拣难度大等因素制约,适用于我国国情的自动化分拣设备匮乏,因此针对环保行业的垃圾分拣需求,以自动化工业设备替代人工分拣的方案势在必行,研发生活垃圾智能分拣系统有重要意义。首先,本文介绍了生活垃圾智能分拣系统设计的总体方案,采用机器视觉作为信息输入,采用分类识别算法提取目标物体角度、位置信息,使用工业机器人代替人工完成分拣工作,其系统主要由目标识别单元和分拣控制单元两部分构成,为后文的设计和介绍确定了技术路线。其次,在目标识别单元方面,针对我国垃圾分类率低,流水线上目标具有复杂背景环境的特点,以矿泉水瓶作为分拣目标,设计了一种基于FasterRCNN目标检测模型的改进算法,同时针对小尺寸目标使用了基于HyperColumn的方案,对原始VGG16分类网络做出了改进,结合人机交互纠错机制提高对目标分类识别的正确性和有效性,并对目标识别单元的硬件进行设计。然后,在分拣控制单元方面,依据系统方案设计进行了机械臂运动学分析,介绍了工业机器人的选型,构建了坐标系对机械臂的协同控制逻辑进行了设计,并针对复杂环境分拣要求,为确保分拣过程的稳定性设计了机械臂末端执行器。最后,在实验室环境中对系统进行了验证,一方面通过实地拍摄照片输入系统运行目标识别算法的方式对目标识别Faster-RCNN模型算法进行了验证,另一方面通过在实验室中连接搭建真实测试环境模拟实际运行工况对系统设计的正确性和可行性进行了验证。
【图文】：

垃圾分选,现状,垃圾分拣

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文友好型社会的发展需求，对解决北京等特大型城市的发展与环境破坏的矛盾意义尤为重要[3, 4]。垃圾分拣是实现城市生活垃圾资源回收处理的前提，而垃圾的自动分拣技术是垃圾分拣的必然发展趋势。在垃圾回收处理系统中，垃圾分拣是关键环节，其速率制约整个生产线的效率，是整个系统的关键过程。目前，生活垃圾分拣线主要采用人工分拣的方式，以传送带将生活垃圾持续平铺传送，其两侧站立多名工人以手抓取的方式对垃圾进行分拣。传送带不间断运行，工人长期在垃圾旁边进行重复性的垃圾分拣工作，手工分拣工作不仅量大、长期工作容易疲劳、自动化程度差因而分拣效率低，，且具有工作环境恶劣等弊端[5]。因此，生活垃圾处理生产线急需采用自动化机器人系统替代人工分拣，将垃圾处理厂打造成无人化、智能化的智慧工厂。复杂环境下的目标分类识别是当前机器视觉检测技术的关键难题，目前为止，针对具有粘连和遮掩的目标对象的分类，尚未有成熟的视觉处理产品可以满足此需求。特别是与工业机械臂实时配合的视觉辨识技术也没有成熟的解决方案。

生产线,垃圾,分拣系统

零件进行检测分拣；但针对生活垃圾分拣、回收能分拣系统，国内暂时没有厂家开展类似用于生活研发，分析其原因一方面是由于我国环保行业的成前人工成本可控，针对工业化系统分拣市场需求尚国垃圾分类基础条件差，多种物体混杂，智能分拣环境较为恶劣，但是人工分拣识别率高，能够满足垃圾检测识别和垃圾抓取分拣等关键技术要点，属，在国内方面，针对机器视觉的生活垃圾分拣系统。究情况国家环保产业起步早，对垃圾分拣的相关技术的研enRobotics 公司 2011 年研制出了一款机器人，如图筑垃圾中识别出可回收利用的物品，并实现将其分了来自 Invus 的 1300 万欧元的投资，用于支持该公
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X799.3;TP391.41

【参考文献】